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成像角膜曲率计的光学设计

何远清;刘永基;翟奕

【摘要】为了提高角膜曲率计的测量精度，借助于现代光电子技术，设计了一款

高精度的成像角膜曲率计。系统包括环形物、一次成像系统、角膜、二次成像系统

和CCD探测器。首先在ZEMAX软件中，设计了成像角膜曲率计的一次成像系统

和二次成像系统，分别对两个成像系统进行优化设计；然后通过半透半反镜组将一

次成像系统和二次成像系统拼接，组成成像角膜曲率计的光学系统，并对其进行整

体的优化设计。最后，利用TracePro对所得的环形像进行模拟和分析。结果表明：

所设计的成像角膜曲率计的测量范围约为30～60D（对应角膜曲率半径5.5～11

mm），测量精度在角膜曲率半径7.8mm时达到0.072D。%Animaging

keratometerbytheaidofmodernoptoelectronictechnologyisproposed

toimprovetheaccuracyofmeasurement.Theopticalsystemconsistsofan

annularobject,afirstimagingsubsystem,asec-ondimagingsubsystem,

andaCCDdetector.First,thefirstimagingsubsystemandsecondimaging

subsystemaredesignedandoptimizedbyZEMAX,andtwosubsystems

areconnectedbyasemitransparentmirror.Thenweperformoptimization

ofthewholeopticalsystemofimagingkeratometer.Finally,thesimulation

oftheillu-minationoftheannularimageisaccomplishedbyTracePro.The

resultshowsthatthemeasurementrangeofthisimagingkeratometeris

about30Dto60D(5.5mmto11mminradiusofcurvature),andthe

accuracyisabout0.072Dinthecaseoftheradiusofcurvatureof7.8mm.

【期刊名称】《中国光学》

【年(卷),期】2014(000)006

【总页数】6页(P956-961)

【关键词】角膜曲率计;成像系统;高精度

【作者】何远清;刘永基;翟奕

【作者单位】南开大学现代光学研究所，天津300071;南开大学现代光学研究所，

天津300071;南开大学现代光学研究所，天津300071

【正文语种】中文

【中图分类】TH703;R778.2

20世纪末，随着人眼波前像差的成功测量［1］，使得波前像差技术在眼视光领

域得到了长足的发展。例如，波前像差技术引导的角膜激光手术逐渐成熟，根据波

前像差数据来进行客观验光的方法已经被提出［2-3］。Thibos等人的研究结果

显示，波前球柱测量精度可以达到0.125D［4］；贺极苍等人分别研究了角膜前

表面和眼内介质对于全眼波前像差的贡献［5］；郭欢庆等人首次提出了基于波前

像差和角膜地形图的个性化眼模型的设计方法［6］。随着波前像差测量精度的提

高，对眼视光领域的其它测量技术，包括角膜屈光度的测量精度，提出了更高的要

求。角膜是人眼最重要的屈光介质，约占人眼总屈光度的2/3，准确测量角膜的屈

光状态，对于指导角膜接触镜的佩戴和基于波前像差技术引导的角膜屈光手术、角

膜接触镜的佩戴都具有重要的意义［7］。

传统的手动角膜曲率计多采用双像棱镜系统，通过两块棱镜的轴向移动，使得光标

的双像间距达到预期，其测量精度一般认为是0.25D［8］。BauschLomb角膜

曲率计是一款双像可变的一位角膜曲率计，精度较高，对于角膜曲率的测量精度可

达到0.12D。手动操作不可避免地引入了主观误差，因此对操作者的熟练程度提

出了较高的要求。Orbscan角膜地形图仪是一款基于光学裂隙扫描原理对角膜进

行测量的仪器［9］